Многозвенный импульсный стабилизатор

(531 С 05 Р ЕТЖ 4 Г аьэацф,цщ МУ СВИДЕТЕЛ ВУ 0 н снабм реовоГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО(53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 868726, кл. 6 05 Р 1/56, 1981.2, Авторское свидетельство СССР У 935914, кл. С 05 У 1/56, 1982. (54)(57) МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЪЙ СТАБИЛИЗАТОР, содержащий М силовык ячеек, входом подключенных к входному выводу, а выходом - к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит иэ включенных последова тельно между входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом, широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения стабилизатора, повышения надежности его и расширения функциональных воэможностей, ожен общим конденсатором и общиэистором, в каждую силовую ячейкувведены компаратор, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора,дифференцирующая цепь, соединеннаяодним выводом с выходом компаратора,ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход - с первым входом компаратора, второй диод, соединенный с точкой соединения силго ключа и дросселя, первый резистор, соединенный одним концом с вторым диодом, ограничитель напряжения,соединенный с другим выводом первого резистора, третий диод, подключенный к точке соединения первогорезистора и ограничителя напряжения,конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему диоду и второ-.му входу компаратора, четвертыйдиод, включенный между третьим диодом, вторым входом компаратора ивходом ключа, причем все первые входы компараторов всех силовых ячеекобъединены и подключены к общемуконденсатору и через общий резисторк выходу задающего генератора.1 115Изобретение относится к электротехнике и.может быть применено при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока.Известен многофазный импульсный стабилизатор, содержащий У силовых ячеек, подключенных к общему источнику питания и включающих в себя силовой ключ, дроссель, диод, соединенный с общим для всех силовых яче ек сглаживающим Фильтром и нагрузкой, усилитель обратной связи и источник опорнога напряжения, широтно-импульсные модуляторы по числу силовых ячеек, выходы которых са единены с.управляющими входами силовых ключей задающий генератор 1 .Однако этот стабилизатор не обеспечивает одинакового временного сдвига между всеми силовыми ячейками, 20 поскольку величина этого сдвига непостоянна и зависит как от параметров цепей широтна-импульсных модуляторов, так и от режима работы стабилизатора. Следствием этого является 25 неполное устранение низкочастотных составляющих из спектра выходного тока, которое имеет места при полной симметрии Фаэ работы силовых ячеек, что требует лучшей Фильтрации выход- З 0 ного напряжения и увеличения габаритов фильтров, Кроме того, стаби" лизатар имеет низкую надежность, поскольку при отказе одной иэ силовых ячеек останавливается и следую 35 щая за ней.Наиболее близким па технической сущности к изобретению является мно " гозвенный импульсный стабилизатор, содержащий Б силовых ячеек входам 40 подключенных к входному выводу, а выходом - к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источни" 45 кам опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных послецагательно между входом и выходом силового ключа и первого диода общая точка 50 которых через дроссель соединена с общим выводом, широтно-импульсный модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, а выход - с управляющим 55 входом силового кл 1 оча.Такой стабилизатор обеспечивает ,равномерное распределение работы 7533силовых .ячеек по времени, что обеспечивает минимальные пульсации выходного тока, а также сохраняет работоспособность при отказах отдельных силовых ячеекОднако известный стабилизатор имеет очень сложную систему управления, подавляющее большинство отказов элементов которой не обнаруживаются и не парируются, что приводит либо к отказу всего стабилизатора, либо к появлению на выходе низкочастотных составляющих с частотой работы одной силовой ячейки. Кроме того, известный стабилизатор обладает ограниченными функциональнымк возможностями в части наращквания числа силовых ячеек, которомупрепятствует сложность, структурная неоднородность и большое число связей между частями распределителя, относящимися к разным силовым ячейкам. Таким образом, недостатками известногостабилизатора являются сложность, низкая надежность и ограниченные ФункциОнальные БОэможности а Целью изобретения является упрощение, повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора за счет простоты наращивания числа силовых ячеек, повьппения надежности вследствие умвньшения количества возможных отказов элементов, вызывающих полный отказ стабилизатора или повышение пульсаций.Поставленная цель достигается тем,чта многазвенный импульсный стабилизатор, содержащий М силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а выходом - к общему сглаживающему Фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последовательно между входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, снабжен общим конденсатором и общим резистором, в каждую силовую ячейку введены компаратор, выхсд которого соединен с сикхрониэнрующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирующаяцепь, соединенная одним выводом свыходом компаратора, ключ, управляю.щий вход которого соединен с другимвыводом дифференцирующей цепи, авыход - с первым входом компаратора 5второй диод, соединенный с точкойсоединения силового ключа и дросселя, первь 1 й резистор, соединенный однимконцом с вторым диодом, ограничительнапряжения, соединенный с другим 10выводом первого резистора, третийдиод, подключенный к точке соединенияпервого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к тРетьему 5диоду и второму входу компаратора,четвертый диод, включенный междутретьим диодом, вторым входом компаратора и входом ключа, причем всепервые входы компараторов всех си рловых ячеек объединены и подключенык общему конденсатору и через общийрезистор к выходу задающего генератора,На чертеже приведена структурная 25схема многозвенного импульсного стабилизатора,Предложенный стабилизатор содержит И силовых ячеек 1, подключенных к входному вывоДу и включающих в себя силовой ключ 2, дроссель 3, первый диод 4, соединенный с силовым ключом 2 и дросселем 3, а также с общим для всех силовых ячеек 1 сглажива 1 ощим фильтром 5 и выходным 35 выводом 6, усилитель 7 обратной связи, входами соединенный с сглаживаю. - щим фильтром 5 и выходным выводом, а также с источником 8 опорного напряжения, широтно-импульсный моду лятор 9, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя 7 обратной связи, а выход - к управляющему входу силового . ключа 2, задающий генератор 10, общий для всех 45 силовых ячеек 1. Кроме того, каждая силовая ячейка 1 содержит компаратор 11, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирую щую цепь 12, соединенную одним вывоцом с выходом компаратора 1, ключ 13, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи 2, а выход - с первым входом 55 компаратора, второй диод 14, соединенный с точкой соединения силового ключа 2 и дросселя 3, первый резистор 5, соединенный одним выводом с вторым диодом 14, ограничитель 16 напряжения, соединенный с другим вывс. дом первого резистора 15, третий диод 7 подключенный к точке соединения первого резистора 15 и ограничителя 16 напряжения, конденсатор 18 и второй резистор 19, подключенные к третьему диоду 17 и второму входу компаратора 11, четвертый диод 20, включенный между третьим диодом 17, конденсатором 18, вторым резистором 19, вторым входом компаратора 11 и входом ключа 13, причем все первые входы компараторов 11 всех силовых ячеек 1 объединены и подключены к общему конденсатору 21 1и через общий резистр 22 к выходу задающего генератора 10,Многоэвенный импульсный стабилизатор работает следующим образом.При подаче напряжения питания начинает работать задающий генератор 10, и поскольку конденсаторы 18 всех силовых ячеек 1 разряжены, обрабатывают одновременно все силовые ячейки 1, На выход устройства начинает поступать энергия, конденсаторы 18 заряжаются до напряжения ог-. раничения ограничителя 16 напряжения через второй и третий диоды 4 и 17, резистор 15 и включенный силовый ключ 2 от источника питания. Напряжение. ограничения питания выбирается таким, чтобы было несколЬко больше максимальной амплитуды импульсов синхронизации на общем конденсаторе 21, что исключит возможность повторного срабатывания компараторов 11 и ложного: запуска широтно-импульсных модуляторов, по окончании первого импульса с выхода которых силовые ;ключи 2 закрываются и начинается разряд конденсаторов 18 на резистор 19. Напряжение на вторых входах компараторов 11 уменьшается, увеличивая чувствительность компараторов. По приходе очередного импульса с выхода задающего генератора 10, который, проходя через интегрирующую цепь иэ общего резистора 22 и общего конденсатора 21, приобретает пологий передний фронт, Первым срабатывает компаратор той силовой ячейки, напряжение на конденсаторе 18 которой имеет минимальную величину. Сработавший компаратор 11 запускает соответствующий широтно-импульсный модулятор, 1157533который в свою очередь открывает си- ловой ключ 2,. При этом одновременно фронт выходного сигнала компаратора 11, проходя через дифференцирующую цепь, превращается в короткий 5 импульс, на некоторое время открывающий ключ 13, который гасит синхроимпульс, Остальные силовые ячейки не срабатывают, так как имеют большое напряжение на конденсаторе 18, и по скольку импульс гасится, то он ие достигает уровня их срабатывания. В сработавшей силовой ячейке кон денсатор 18 вновь заряжается до напряжения ограничения, в то время 15 .как на остальных оно остается прежним, поэтому в следующий такт срабатывает следующая ячейка, имеющая йинимальное напряжение на конденсаторе 18. Таким образом, все ячейки 26 работают по одиночке, строго по" очередно. Энергия, передаваемая через силовые ключи 2, дросселя 3 и диоды 4 в виде импульсов тока, которые сглаживаются фильтром 5, посту пает на выходные выводы 6, при этом напряжение на нагрузке измеряется усилителем 7 обратной связи, путем сравнения с опорным напряжением источника 8, выходной сигнал его уп- ЗО равляет режимом работы широтно-импульсного модулятора 9, поддерживая выходное напряжение постоянным.При отказе одной иэ силовых ячеек напряжение на дросселе пропадает, что приводит к полному разряду конденсатора 18 этой ячейки, и диод 20 получает возможность, шунтируя вход ключа 13, препятствовать его открытию и гашению им синхроимпульса. Поэтому синхроимпульс получаетвозможность расти дальше до тогомомента, когда он сравняется с напряжением в конденсаторе 18, минимальном иэ оставшихся исправных силовых ячеек. Эта ячейка срабатывает,заменив отказавшую, далее процесспродолжается аналогично описанному,Технико-экономическая эффективность многозвенного импульсного стабилизатора заключается в том, чтоон значительно проще, что позволяетвыиграть в габаритах и соответственно в стоимости стабилиэатора. Одновременно возрастает надежность, причем не только от уменьшения числаэлементов, но и от устранения связей,в разрыв которых включаются силовыеячейки и обрыв которых ведет к полному отказу, Надежность устройствавыше еще и потому, что оно обладаетяебольшнм числом элементов, отказкоторых ведет к полному отказу устройства. Кроме того, устройство об. -ладает также и расширенными функциональными возможностями за счет того,что все ячейки совершенно идентичныдруг другу и допускают очень простоеобьединение в многозвенный импульсныйстабилизатор с любым числом ячеек,возможность такого изменения числаячеек и является новой функцией.Весьма существенно также и то, чтоподключать и отключать новые ячейкиможно даже в процессе работы, этоособенно ценно для тех устройств,которые должны длительное время работать без перерыва и обслуживаниекоторых должно производиться безвыключения,1ор Н.Лазаре каз 3371/4 ип Составитель А.Колоколкин нко Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Билак Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква ЖРаушская наб, 4/5 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4